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简介
这是测速发电机ppt，包括了概述，直流测速发电机，交流测速发电机，测速发电机的选择及应用举例，自动控制系统对测速发电机的基本要求是等内容，欢迎点击下载。
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第2章 测速发电机
2.1 概述
2.2 直流测速发电机
2.3 交流测速发电机
2.4 测速发电机的选择及应用举例
测速发电机的输出电压能表征转速，因而可用来测量转速；测速发电机的输出电压正比于转子转角对时间的微分，在解算装置中可以把它作为微分或积分元件。
按结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测速发电机、交流测速发电机，近年来还有采用新原理、新结构研制的霍尔效应测速发电机等。
2.1概述
自动控制系统对测速发电机的基本要求是：
⑴ 输出电压应与转速保持严格的正比关系；
⑵ 转动惯量小；
（3）灵敏度高
另外，还要求它对无线电通讯干扰小、噪声低、工作可靠等。
2.2 直流测速发电机
按励磁方式不同，直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两大类。其结构和工作原理与普通直流发电机基本相同。
2.2 直流测速发电机
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
在实际运行中，Ua~n之间并不能严格地保持正比关系，即存在误差。现在分析产生误差的主要原因和解决方法。
1. 电枢反应的影响
当发电机带上负载后，电枢中有电流Ia通过，故产生电枢磁场。电枢磁场的大小与电枢电流Ia有关。由于电枢磁场的存在，使气隙中的合成磁场产生畸变及饱和去磁，这种作用称为电枢反应。
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
为改善输出特性，必须削弱电枢反应的去磁影响，尽量使电机的气隙磁通保持不变。常采用下列措施：
（1）对电磁式直流测速发电机，可以在定子磁极上安放补偿绕组；
（2）设计时应选取较小的线负荷，并适当加大电机的气隙；
（3）使用时，负荷电阻不应小于规定值。
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
2. 电刷接触压降对输出特性的影响
考虑到电刷接触电压的影响，输出特性的方程式可改写为
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
3. 温度的影响
在应用中，发电机本身会发热，而且环境温度也是变化的。导致励磁绕组电阻变化，将引起励磁电流和磁通的变化，使输出电压与转速之间不再是严格的线性关系。
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
4. 纹波的影响
根据 ，当 为定值时，电刷两端输出不随时间变化的直流电动势。实际的电机输出电动势总是带有微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。
纹波系数是指在一定转速下，输出电压中交变分量的有效值与直流分量之比。
引起脉动的原因很多：
（1）转速的不稳定；
（2）换向器表面粗糙，接触不良；
（3）元件数不够足够多；
（4）设计、工艺、材料等。
二、 直流测速发电机的误差及其减小方法
纹波电压的存在对于测速发电机是不利的，当用于转速控制或阻尼元
件时，对纹波电压的要求较高，而在高精度的解算装置中则要求更高。
减小纹波的措施：
（1）元件数尽可能多，并为奇数；
（2）使磁极的极弧宽度尽可能为整数倍电枢齿距。
（3）保证定、转子的同心度。铁心采用旋转叠装法；
（4）严格保证电刷位于中性线位置，减少电刷宽度；
（5）采用银-石墨。
目前国产测速发电机已做到纹波系数小于1%，国外高水平测速发电机
纹波系数已降到0.1%以下。
三、 直流测速发电机的主要性能指标
线性误差
它是在工作转速范围内，实际输出特性曲线与过OB的线性输出特性之间的最大差值 与最高线性转速 在线性特性曲线上对应的电压 之比。
三、 直流测速发电机的主要性能指标
2. 灵敏度
灵敏度也称输出斜率，是指在额定励磁电压下，转速为1000 r／min时所产生的输出电压。一般直流测速发电机空载时可达 。测速发电机作为阻尼元件使用时，灵敏度是其重要的性能指标。
3. 最高线性工作转速 和最小负载电阻
是保证测速发电机工作在允许的线性误差范围内的两个使用条件。
4. 不灵敏区
由电刷接触压 降而导致输出特性斜率显著下降(几乎为零)的转速范围。该性能指标在超低速控制系统中是重要的。
5. 输出电压的不对称度
指在相同转速下，测速发电机正、反转时，输出电压绝对值之差 与两者平均值 之比，即
输出电压不对称是电刷不在几何中性线上或剩余磁通存在造成的。一般在0.35%~2%范围内，对要求正、反转的控制系统需考虑该指标。
6. 纹波系数
测速发电机在一定转速下，输出电压中交流分量的有效值与直流分量之比。目前可做到 ＜1%，高精度速度伺服系统对该指标的要求较高。
主要性能指标是选择直流测速发电机的依据。
2.3 交流测速发电机
交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机两大类。同步测速发电机定子输出绕组感应电动势的大小和频率都随转速n的变化而变化，不宜用于自动控制系统中。目前在自控系统中广泛应用的是空心杯转子异步测速发电机。
2.3 交流测速发电机
二、异步测速发电机结构特点
异步测速发电机的定子上有两相正交绕组，其中一相接电源励磁，另一相则用作输出电压信号。
三、交流测速发电机工作原理
定子 为励磁绕组， 为正交的输出绕组。转子为非磁空心杯，杯壁可看成是无数条鼠笼导条紧密靠在一起排列而成。
三、交流测速发电机工作原理
n=0时，输出电压U2=0
三、交流测速发电机工作原理
转子转速为n时，U2∝n
当转子以转速n旋转时，转子导体切割励磁磁场产生旋转电动势，其大小为
四、测速发电机的输出特性
感应测速发电机的输出特性是指当转轴上有转速信号n输入时，定子输出电压的大小和相位随转速的变化关系，分别称为电压幅值特性和电压相位特性。
1. 电压幅值特性
四、测速发电机的输出特性
2. 电压相位特性
电压相位特性是指当励磁电压 和频率f 为常数时，感应测速发电机输出电压 与励磁电压 之间的相位差 与输入转速n间的函数关系，即 。
五、产生误差的原因及改进方法
一、线性误差的定义
五、产生误差的原因及改进方法
直轴磁通的变化
（a）励磁绕组的漏阻抗 的影响。考虑 之后励磁绕组的电压平衡方程式为
转速n变化→转子导条电流 变化→励磁电流 变化→ 变化→磁通
变化。
五、产生误差的原因及改进方法
（c）交轴磁通 在直轴上的去磁效应。
当转子旋转时，转子导体切割交轴磁通 ，产生切割电动势 和电流 ， 产生的磁通 在直轴上，方向与 相反，其作用是去磁的。
五、产生误差的原因及改进方法
二. 剩余电压
剩余电压是指感应测速发电机在励磁绕组接额定励磁电压，转子静止时输出绕组中所产生的电压。
五、产生误差的原因及改进方法
(a) 固定分量
固定分量产生的原因主要是两相绕组不正交、磁路不对称、绕组匝间短路、铁心片间短路以及绕组端部电磁耦合等。
五、产生误差的原因及改进方法
(b) 交变分量
产生交变分量的原因主要是由于转子电的不对称性所引起的。如转子杯材料不均匀，杯壁厚度不一致等。实际上非对称转子作用相当于一个对称转子加上一个短路环的作用。
五、产生误差的原因及改进方法
(2) 剩余电压对系统的影响
剩余电压 的相位与励磁电压 的相位也是不同的，可将 分解为两个分量：一个相位与 相同的称为同相分量 ；另一个相位与 成90°的称为正交分量 。
五、产生误差的原因及改进方法
⑶ 降低剩余电压的措施
（a）将输出绕组与励磁绕组分开，分别嵌在内、外定子的铁心上，此时内定子应做成相对于外定子能够转动的。
五、产生误差的原因及改进方法
（b）用补偿绕组来消除剩余电压
采用补偿绕组消除剩余电压
五、产生误差的原因及改进方法
串联移相电压补偿和磁通补偿
五、产生误差的原因及改进方法
（c）外接补偿装置
产生的附加电压，大小接近于剩余电压的固定分量，而相位相反。阻容电桥补偿时，调节图中 的大小可以改变附加电压的大小；调节电阻 的大小可以改变附加电压的相位，以达到完全补偿剩余电压的目的。
五、产生误差的原因及改进方法
三、 相位误差及分析
⑴ 输出相位移和相位误差
五、产生误差的原因及改进方法
⑵ 输出相位移和相位误差产生的原因
（a）转子漏电抗的影响 角，它的大小与转速无关。
（b）励磁绕组漏阻抗的影响 角，它的大小与转速有关。
五、产生误差的原因及改进方法
⑶ 固定相位移的补偿
在励磁绕组中串入适当的电容C，调节C的大小即可改变 的大小和相位，从而使 和 同相位。
六、负载阻抗对输出特性的影响
1. 负载的影响及补救措施
我们希望测速发电机在正常工作时，输出电压仅为转速n的函数，不受负载的影响。但实际上，输出电压的大小和相位不仅与负载的大小有关，而且还与负载的性质有关。
六、负载阻抗对输出特性的影响
⑴ 纯电阻负载
六、负载阻抗对输出特性的影响
六、负载阻抗对输出特性的影响
六、负载阻抗对输出特性的影响
综上所述，可得如下结论：
① 当感应测速发电机的转速一定，且负载阻抗足够大时，即使负载阻抗在较大范围内变化，输出电压和输出相位移也都几乎不变。
② 对于纯电阻负载和纯电容负载，当负载阻抗改变时引起输出电压大小变化的趋势是相反的。因此，输出绕组接电阻-电容负载时，阻抗值改变对输出电压的影响是互相补偿的，有可能在调整阻抗时，输出电压的大小几乎不受负载变化的影响。但它不能补偿输出电压相位移的偏差，因为纯电阻负载和纯电容负载对输出电压相位移的影响是一致的。
③ 为了补偿输出电压相位移的改变，可选用电阻-电感负载。此时二者对输出电压相位移的影响正好互相补偿，但对输出电压大小的变动却不能进行补偿。
七、 调整和使用
1. 励磁电源的影响
感应测速发电机对励磁电源的稳定度、失真度要求是比较高的，特别是解算用的测速发电机，要求励磁电源的幅值、频率都很稳定，电源内阻及电源与测速发电机之间联线的阻抗也应尽量小。电源电压幅值不稳定，会直接引起输出特性的线性和相位误差，而频率的变化会影响感抗和容抗的值，因而也会引起输出特性的线性和相位误差。如对于400Hz的感应测速发电机来说，在任何转速下，频率每变化1Hz，输出电压约变化0.03%。另外，波形失真度较大的电源，会引起输出电压中高次谐波分量过大。所以在精密系统中励磁绕组一般采用单独电源供电，以保持电源电压和频率的稳定。
七、 调整和使用
2. 移相问题
在自动控制系统中，往往希望输出电压与励磁电压相位相同，因而要进行移相。移相可以在励磁回路中进行，也可以在输出回路中进行，或者在两回路中同时进行。
励磁回路串联移相电容移相 电容值可用实验办法确定。应注意的是在励磁回路中串上电容后，会对输出斜率、线性误差等特性产生影响。
5.3.5 调整和使用
3. 最大线性工作转速
在测速发电机的技术条件中还规定了最大线性工作转速 ，它表示当电机在转速 的情况下工作时，其线性误差不超过标准规定的范围。所以在使用中，若对测速发电机线性度有一定要求时，电机的工作转速就不应超出最大线性工作转速。
4. 温度对性能的影响
测速发电机在运行过程中自身发热及电机所处的环境温度发生变化时，会使定子绕组和转子杯的电阻发生变化，同时温度变化也会影响磁性材料的导磁性能，这都会对电机的性能产生影响。
八、 测速发电机的选择及应用举例
1 选用的基本原则
选用测速发电机时，应根据系统的频率、电压、工作速度范围和在系统中所起的作用来选。
例如：作解算元件时考虑线性误差要小、输出电压的稳定性要好；
作一般速度检测或阻尼元件时灵敏度要高；
对要求快速响应的系统则应选转动惯量小的测速发电机等。
当使用直流或交流测速发电机都能满足系统要求时，则需考虑到它们的优缺点，全面权衡，合理选用。
八、 测速发电机的选择及应用举例
2.测速发电机的优缺点
交流感应主要优点是：
①不需要电刷和换向器，构造简单，维护方便，运行可靠；②无滑动接触，输出特性稳定，精度高；③摩擦力矩小，惯量小；④不产生干扰无线电的火花；⑤正、反转输出电压对称。
交流感应主要缺点是：
①存在相位误差和剩余电压；②输出斜率小；③输出特性随负载性质改变（电阻性、电感性、电容性）。
直流测速发电机的优缺点
不存在输出电压相位移；无剩余电压；输出功率较大，可带较大负载；温度补偿也比较容易。因有电刷换向器，故结构复杂，维护困难，且摩擦转矩较大，对无线电有干扰，存在不灵敏区。
九、应用举例
1. 作速度测量元件
图2-34是一个单闭环恒速控制系统。用直流测速机作速度检测元件，使电机M恒速运转。
九、应用举例
2. 作阻尼元件
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